石油鉆井技術(shù)及固井技術(shù)的發(fā)展

張洪楠(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300451)

0 引言

石油為地下資源，屬于一種稀缺、寶貴且不可再生的資源，在經(jīng)濟發(fā)展較快的這幾年，我國對于石油的需求量正在逐步增多，也由此加大了石油開采量，也側(cè)面加重了石油鉆井技術(shù)及固井技術(shù)發(fā)展的緊迫性和必要性，這是本次研究的宏觀背景，使本研究更具現(xiàn)實意義和價值。

1 石油鉆井技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1 深井和超深井鉆井技術(shù)

深井，一般范圍是指深度大于4500m、小于6000m 的石油井，如若超過6000m 這個最大值，就可稱為超深井，這即是深井與超深井的最大區(qū)別。不管是深井還是超深井，都無疑加重了石油開采難度，也就自然對鉆井技術(shù)有了更高要求，需要由先進的鉆井技術(shù)完成井下復雜的石油開采作業(yè)。目前我國的深井、超深井鉆井技術(shù)已經(jīng)領(lǐng)先其他國家，鉆井技術(shù)不斷升級并邁入成熟階段，塔里木盆地深井項目中的鉆井技術(shù)應用就不失為一個成功典范，讓更多國家、更多人看到了我國鉆井技術(shù)的快速發(fā)展，相較于其他國家在石油開采作業(yè)中使用的鉆井技術(shù)，已經(jīng)顯現(xiàn)先進性和優(yōu)越性特質(zhì)，主要表現(xiàn)為周期短、效率高，發(fā)展勢頭良好。

1.2 大位移鉆井技術(shù)

大位移是指石油井水平位移與垂直深度之比，在該領(lǐng)域中，只要比值超過2 就可稱為大位移井，如果數(shù)值大于3，稱為特大位移井。近年來，我國大位移鉆井技術(shù)不斷升級和創(chuàng)新，發(fā)展核心主要是變徑穩(wěn)定器和自動控制導向器，已經(jīng)可以對鉆井廢料進行有效清理并降低鉆柱摩擦，取得的成績與成就是喜人的、是值得肯定的。與此同時，大位移鉆井技術(shù)應用領(lǐng)域已經(jīng)逐步向海上遷徙，為我國海上石油開采作業(yè)的完成做出了突出貢獻，未來仍舊會發(fā)揮更重要的作用。

1.3 3G視頻監(jiān)控技術(shù)

3G 視頻監(jiān)控技術(shù)不失為科技不斷發(fā)展視域下的新興技術(shù)，主要承擔石油開采作業(yè)中的監(jiān)控職責，以動態(tài)監(jiān)控為主，實現(xiàn)了監(jiān)控信號的實時傳輸，節(jié)省了較多成本的同時，也提高了監(jiān)控精準度和敏感度，就目前而言，已經(jīng)在鉆井技術(shù)使用過程中做出了不小貢獻。3G 視頻監(jiān)控技術(shù)的使用，解決了在石油鉆井中由于地質(zhì)復雜造成的監(jiān)控難點，突破了動態(tài)實時監(jiān)測、鉆井工作量增多等諸多困境，已經(jīng)成為當前石油鉆井作業(yè)中必要使用的一項技術(shù)，除了保障信息及時傳輸?shù)膬?yōu)勢外，還具備存儲量大的優(yōu)勢，在我國石油鉆井領(lǐng)域發(fā)揮顯著作用。

1.4 膨脹管和波紋管材料技術(shù)

膨脹管是一種由特殊材料和高端技術(shù)生產(chǎn)的金屬管，在鉆井作業(yè)中發(fā)揮著不小的助力作用。具體來說，在鉆孔過程中，通過液壓驅(qū)動使膨脹管的直徑膨脹20%，機械性能直接提高到J55 鋼級。補貼段密封壓力不低于150 個大氣壓，能充分承擔套管的責任和作用。膨脹管工藝簡單，性能良好，正因如此，才會受到越來越多人的認可和青睞，它能充分發(fā)揮“小直徑、大尺寸”的作用，滿足鉆井技術(shù)的實際需要，屬于突破性技術(shù)。

波紋管技術(shù)是處理鉆井滲水、坍塌等事故最常用的技術(shù)。能及時封堵及封閉意外井區(qū)，保證對外正常作業(yè)。待鉆井作業(yè)完成后，就可用波紋管隔離水泥漿或油層。該技術(shù)在使用過程中，關(guān)鍵是波紋管只有在石油井擴孔完成后才能引入，應合理應用膨脹技術(shù)，使其靠近井壁，達到隔離密封的目的。

2 石油固井技術(shù)的發(fā)展狀況

2.1 水平井和特殊井固井技術(shù)不斷改進

近幾年，不少國家都對石油開采及相關(guān)技術(shù)發(fā)展加強了關(guān)注和重視，并為此投入了人力、物力、財力等方面的支持和協(xié)助，這間接加劇了石油行業(yè)市場競爭的復雜性。在這一宏觀背景下，中國對石油開發(fā)的需求也在與日俱增，加快了水平井、特殊井的固定技術(shù)發(fā)展步伐，使我國的固井技術(shù)得到了完善和升級，比以前有了質(zhì)的飛躍。例如，我國許多油田都在使用ANSYS 有限元分析技術(shù)，材料質(zhì)量不斷升級，已經(jīng)帶動水平井、特殊井的固井技術(shù)不斷提升。

2.2 固井水泥漿材料技術(shù)的突破

水泥是固井作業(yè)的主要原材料，它關(guān)系到固井效果和質(zhì)量。在水泥中加入適當比例的外加劑不會改變水泥的性能基礎上滿足更多需求的。基于此，不少專家從水泥入手，研制出了不少種類、不少優(yōu)勢的水泥材料能有效提高水泥材料在穩(wěn)定油氣水層、高溫高壓條件下的工作能力。值得一提的是，我國在高強度水泥、低密度水泥研制中也取得了不錯的成績和成果，如熟知的抗鹽水泥漿、高溫井專用水泥漿等，保障了水泥的多種用途，也進一步促進了固井技術(shù)的發(fā)展。

2.3 固井技術(shù)理論研究不斷與時俱進

在固井技術(shù)廣受矚目和重視的背景下，不少學者已經(jīng)投身固井技術(shù)研究中，雖說我國固井技術(shù)應用較晚且相關(guān)研究興起較晚，但是這并不意味著我國有關(guān)古井技術(shù)的理論研究就會一直滯后，這幾年固井技術(shù)理論研究正在以迅猛形勢在發(fā)展、在健全，在研究領(lǐng)域已經(jīng)占有一席之地，為我國固井技術(shù)的升級和發(fā)展提供了有力支持。除此之外，我國固井技術(shù)理論研究正在不斷與時俱進，闡述以往固井技術(shù)的同時，也在借鑒西方固井技術(shù)和研究貼合我國石油開采國情的創(chuàng)新固井技術(shù)，使得我國固井技術(shù)理論研究更具現(xiàn)實意義和價值。就我國避免剪切盈利的固井方程理論而言，該理論出的提及和出現(xiàn)，加快了井壁的清理工作進程，同時也為水泥質(zhì)量的明確提供了借鑒，一定程度上助推了固井技術(shù)的發(fā)展。

2.4 調(diào)整固井技術(shù)質(zhì)量提升

中國東部油田的含水量普遍較大，有的油田含水量已經(jīng)突破70%甚至是90%，這給油田開采造成了諸多困境。早期技術(shù)受制約嚴重，導致這些油田長期處于注水開采狀況，這種開采方式直接造成油田注水量遠超采油量，井內(nèi)的壓力也時大時小，時長處于混亂、無序狀態(tài)，后果甚是嚴重。除了這些后果，有些油田的底層原有系統(tǒng)壓力也有遭受破壞跡象，這些都對之后的固井工作造成影響和干擾。當前，我國固井技術(shù)質(zhì)量已經(jīng)大幅度提升，大慶油田在這方面是獨具代表性的，大力采用界面膠結(jié)和三次加密鉆井技術(shù)，配合高含水量的配套鉆井技術(shù)手段，使得油田開采質(zhì)量和數(shù)量都有所好轉(zhuǎn)。大慶油田也借此機會，工作效率不斷提高。

2.5 新型機械充氣法

機械充氣法的使用是有前提條件的，需要與充氣泡沫低密度水泥進行密切配合，方可發(fā)揮真正作用和價值。其中的泡沫低密度水泥的特性非常明顯和獨特。他們用高壓空氣代替普通水，倒入水泥中稀釋，這樣就可以調(diào)節(jié)水泥內(nèi)部水和石灰比例的目的，間接增加水泥強度。可以說是一舉兩全。該項技術(shù)的最早應用記錄最早可追溯到20 世紀70 年代，由其他發(fā)達國家率先研究和使用，解決了油田低壓狀態(tài)導致的油氣泄露問題，后來才逐漸引進我國。就目前而言，這項技術(shù)已經(jīng)得到了頻繁應用和廣泛應用，除了應用在油田勘探領(lǐng)域，它也用于建筑領(lǐng)域。比如美國新澤西州建筑業(yè)用泡沫水泥漿隔離低溫層，防止結(jié)蠟。然而，這種材料的合成復雜且成本低，對復雜設備的需求也很明顯，因此，該項技術(shù)仍舊有改良空間，未來也將繼續(xù)升級和創(chuàng)新。

2.6 新型水泥車

新型水泥車的應用開辟了油田固井的新渠道、新路徑，以中石油集團為代表，自將新型水泥車研究成功后，就把新型水泥車積極推向施工一線，確保高效水泥漿材料的備用供應。此外，這輛新的水泥車，還可有效在固井作業(yè)中給予援助，從而有效提高固井作業(yè)效率，固井工作質(zhì)量可得到充分保障，由此讓新型水泥車一度成為石油產(chǎn)業(yè)界關(guān)注和討論的焦點，發(fā)展前景很好。

3 石油鉆井技術(shù)及固井技術(shù)的發(fā)展展望

在石油資源愈加緊張和備受矚目的視域下，石油鉆進技術(shù)及固井技術(shù)必將迎來較大的發(fā)展，這是大的發(fā)展趨勢，也是經(jīng)濟不斷發(fā)展下的必然結(jié)果。

3.1 石油鉆井技術(shù)的發(fā)展展望

就目前石油鉆井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，未來發(fā)展方向大致分為三種：

第一，石油鉆井技術(shù)相關(guān)設備，將逐步向大型化、自動化方向發(fā)展；

第二，現(xiàn)代信息技術(shù)在石油鉆井技術(shù)中的比重將逐步增加，這將有助于石油鉆井技術(shù)的快速發(fā)展；

第三，石油鉆井技術(shù)將繼續(xù)朝著智能化方向發(fā)展，終將實現(xiàn)智能石油鉆井。

至于石油鉆井技術(shù)相關(guān)設備的升級，會體現(xiàn)在很多方面。比如鉆井工作中使用的交流變頻石油鉆機，就是設備升級的體現(xiàn)。操作簡單，結(jié)構(gòu)簡單，能更好的提高采油過程中的安全性，可保障相關(guān)工作人員的生命安全，這點就是設備升級優(yōu)勢的最好證明。不管怎么說，石油鉆井技術(shù)未來仍舊是發(fā)展的重點，相信會傾注更多的人力、物力、財力，旨在讓石油鉆井技術(shù)升級并解決石油開采過程中的難題，相信在未來會達成所愿。

3.2 固井技術(shù)的發(fā)展展望

固井技術(shù)相較于石油鉆井技術(shù)，技術(shù)相對完善和健全，未來發(fā)展?jié)摿Αl(fā)展空間不及石油鉆井技術(shù)，但這并不意味著固井技術(shù)將停滯不前。未來一段時間內(nèi)，固井技術(shù)將朝向多元化方向發(fā)展，除了節(jié)約成本、實現(xiàn)效益最大化外，還要攻克工具、材料上的不足，需要組建一支專業(yè)團隊完成該項任務，也需要匹配一個高端實驗室進行研究，相信會取得不錯的成果。除此之外，固井技術(shù)不管怎么發(fā)展，都將以開采石油質(zhì)量為核心，這是發(fā)展中不變的宗旨和本質(zhì)，未來將在石油開采作業(yè)中的比重持續(xù)加大。

4 結(jié)語

綜上所述，我國是資源大國，更是資源消耗大國，對于石油的需求正在逐步顯現(xiàn)，想要提高石油開采量及質(zhì)量，就需要不斷升級相關(guān)工藝技術(shù)，未來技術(shù)將成為發(fā)展重點。

石油開采作業(yè)中，鉆井技術(shù)和固井技術(shù)是比較常見的技術(shù)，也是必不可少的技術(shù)，只有加深對兩種技術(shù)的了解，方可助力石油開采并展望未來發(fā)展形勢。也正因如此，才引申出了本次的研究主題，希望透過這次研究，以期給相關(guān)工作者及學者提供借鑒與靈感。